MAX7219在PLC中的應(yīng)用

摘 要： 介紹了靜態(tài)顯示芯片MAX7219的工作原理，提出了一個(gè)適于PLC的結(jié)構(gòu)簡單且十分實(shí)用的靜態(tài)顯示系統(tǒng)，并以SIEMENS公司的S7-200PLC為例，討論了硬件連接和軟件編程。

關(guān)鍵詞： MAX7219 PLC 靜態(tài)顯示系統(tǒng)

最新推出的小型高集成度的PLC如SIEMENS S7-200系列，其主模塊上就帶有多個(gè)開關(guān)量輸入／輸出點(diǎn)，并且具有符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的485串行通訊口，便于用戶進(jìn)行設(shè)備的單機(jī)獨(dú)立控制或連接成完全分布式的計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，與遠(yuǎn)方控制室連接。但在實(shí)際運(yùn)用中，有些單機(jī)控制器或一些遠(yuǎn)離控制室的設(shè)備往往需要就地顯示，便于操作人員操作或巡視。SIEMENS PT200顯示器就是為此而研制的。但其顯示屏小且多為液晶顯示，不適合強(qiáng)光和光線極弱的場合，而且占用串行口資源、安裝不便、價(jià)格較貴。通常解決的方法是充分利用PLC開關(guān)量輸出點(diǎn)，采用并行方式驅(qū)動(dòng)LED顯示器。并行顯示占用的資源較多，而一般小型PLC主模塊上的開關(guān)量輸出點(diǎn)不多（S7212為６個(gè)輸出點(diǎn)，S7-214為10個(gè)輸出點(diǎn)），難以滿足多位顯示和多點(diǎn)控制的要求。本文提出了一種采用MAX7219芯片與PLC輸出點(diǎn)配合的方法，通過簡單的硬件連接，利用PLC強(qiáng)大的編程能力，可根據(jù)實(shí)際情況對它靈活編程，實(shí)現(xiàn)ＬＥＤ的顯示和功能控制。

１ MAX7219簡介

MAX7219是一種新型的串行接口的8位數(shù)字靜態(tài)顯示芯片。它是由MAXIM公司新推出的24腳雙列直插式芯片，其引腳圖如圖1所示。

SEGA~SEGG和SEGDP為LED七段驅(qū)動(dòng)器線和小數(shù)點(diǎn)線，供給顯示器源電流；DIGO～DIG7為8位數(shù)字驅(qū)動(dòng)線，輸出位選信號(hào)，從每位LED共陰極吸入電流。

圖2為MAX7219工作時(shí)序圖。由圖2可知，DIN是串行數(shù)據(jù)輸入端，在CLK的上升沿，一位數(shù)據(jù)被加載到內(nèi)部16位移位寄存器中，CLK端最高輸入頻率可達(dá)10MHz，在輸入時(shí)鐘信號(hào)的每個(gè)上升沿，均有１位數(shù)據(jù)由DIN移入到內(nèi)部寄存器中，LOAD用來裝載數(shù)據(jù)，在LOAD的上升沿，16位串行輸入數(shù)據(jù)被鎖存到數(shù)字或控制寄存器中。LOAD必須在第16個(gè)時(shí)鐘上升沿的同時(shí)或之后、在下一個(gè)時(shí)鐘上升沿之前變高，否則數(shù)據(jù)將會(huì)丟失。

規(guī)定一組數(shù)據(jù)為16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)包，其格式如下：

其中位不用，為內(nèi)部５個(gè)控制寄存器和8個(gè)LED顯示數(shù)據(jù)寄存器的地址，地址編碼如表１所示。為５個(gè)控制寄存器命令字或8個(gè)LED數(shù)碼管待顯示的數(shù)據(jù)。因?yàn)榭刂萍拇嫫髋c顯示數(shù)據(jù)寄存器均獨(dú)立編址，所以可以通過程序單獨(dú)對每個(gè)寄存器進(jìn)行操作。一般情況下，程序先送控制命令，后向顯示寄存器送數(shù)據(jù)，但必須注意，每16位為一組，從高位地址字節(jié)最高位開始送起，直到低位數(shù)據(jù)字最后一位為止。

２ MAX7219與PLC的硬件連接

現(xiàn)以SIEMENS公司小型PLC S7-214為例討論P(yáng)LC與MAX7219的硬件連接和軟件編程。S7-214輸出點(diǎn)不多（Q0.0～Q1.1，共十位）且只有一個(gè)RS-485通信端口。S7-214與MAX7219的硬件連接如圖３所示。S7-214的Q0.0,作串行數(shù)據(jù)輸出，連接到MAX7219的DIN腳，Q0.1和Q0.2通過程序分別模擬MAX7219的時(shí)鐘脈沖CLK及數(shù)據(jù)加載LOAD信號(hào)。MAX7219的SEGA~SEGFGF,SEGDP端連接到各LED數(shù)碼管對應(yīng)的a～f及db端，DIG0～7分別接8位LED數(shù)碼管的共陰極，以實(shí)現(xiàn)位選。

實(shí)際上，數(shù)碼管的位數(shù)可在1～8之間任意選擇，這可由寫入的掃描界線寄存器的命令字決定。注意：18腳和19腳間9.6kΩ的電阻是必須的，并且為了使由峰值數(shù)字驅(qū)動(dòng)器電流引起的紋波減到最小，需要在V+和GND之間盡可能靠近芯片的地方外接一個(gè)10μF的電解電容和一個(gè)0.1μF的瓷片電容。MAX7219應(yīng)放在緊靠LED顯示器的地方，且連線盡可能短，兩個(gè)GND引腳都必須連接到地線上。

３ 軟件編程

在S7-214的Ｖ存儲(chǔ)區(qū)開辟兩個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)單元VW0，專門用來放16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)包，其中高位字節(jié)VB1規(guī)定放高位地址字節(jié)，低位字節(jié)VB0規(guī)定放低位命令字或待顯示的數(shù)字。

由于MAX7219的控制寄存器和顯示寄存器均獨(dú)立編址，顯示程序?qū)嶋H上就是S7-214在Q0.1（CLK），Q0.2(LOAD)時(shí)序的配合下不斷通過Q0.0(DIN)向MAX7219的相應(yīng)控制寄存器和數(shù)據(jù)顯示寄存器寫入16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)包的過程。所以問題的關(guān)鍵在于編寫一個(gè)通用的寫入子程序，將VW0的內(nèi)容從高位到低位在Q0.1(CLK)的作用下依次移入移位寄存器，最后由Q0.2的上升沿（LOAD信號(hào)）鎖存到相應(yīng)的內(nèi)部控制寄存器和數(shù)據(jù)顯示寄存器中去。寫入子程序的程序流程圖如圖４所示。

無論初始化MAX7219的控制寄存器，還是在相應(yīng)的數(shù)碼管顯示數(shù)字，均可通過調(diào)用上述通用寫入子程序完成。注意在調(diào)用子程序之前，必須先用MOVW指令將正確的16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)移入VW0中。

MAX7219按5個(gè)控制寄存器規(guī)定的方式對待顯示的數(shù)字自動(dòng)掃描顯示，所以在顯示程序之前，必須初始化5個(gè)控制寄存器。各控制寄存器的功能分述如下：

（１）譯碼方式寄存器 對每個(gè)數(shù)字設(shè)置BCD碼B（0～9、E、H、L、P和-）或非代碼操作。寄存器中的每一位與一個(gè)數(shù)字對應(yīng)。邏輯高電平選擇代碼B譯碼，而低電平選擇旁路譯碼器。

（２）顯示亮度寄存器 其中位可任意，而可選擇0000～1111。D3～D0的值越大，LED顯示器越亮。

（３）掃描范圍寄存器 其掃描范圍寄存器設(shè)置所顯示數(shù)據(jù)的多少，可從1至8。它們一般以掃描速率1300Hz、8位數(shù)據(jù)、多路復(fù)用方式顯示。

（４）關(guān)閉寄存器 其中位可任意。，關(guān)閉所有顯示器；D0=1，允許顯示。

（５）顯示測試寄存器 其中D7~D1位可任意；Do=0，ＬＥＤ處于正常工作狀態(tài)；Do=1，允許顯示。LED處于顯示測試狀態(tài)。

在送完控制字后，可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)用顯示子程序，改變1～8個(gè)數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容，完成顯示功能。

MAX7219只需一組+5V電源和PLC的三個(gè)輸出口，且無附加電路，可驅(qū)動(dòng)1～8個(gè)LED顯示器，顯示亮度可調(diào)，工作可靠。